СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТРИГИДРАТА ГЛИНОЗЕМА Российский патент 2014 года по МПК C01F7/06 C01F7/14 

Изобретение относится к способу получения тригидрата глинозема путем выщелачивания боксита по Байеру, включающему в себя размол с последующим выщелачиванием упомянутого размолотого боксита путем приведения в соприкосновение с раствором алюмината натрия, причем выщелачивание приводит к образованию пульпы, которую подвергают обработке с целью отделения нерастворимого осадка от раствора алюмината натрия, и причем полученный таким путем алюминатный раствор затем подвергают декомпозиции с последующим возвратом в производственный цикл в виде выщелачивающего раствора после отделения от тригидрата глинозема, осажденного в ходе декомпозиции. В частности, изобретение относится к способу, обеспечивающему возможность повышения производительности раствора в ходе его декомпозиции.

Способ Байера, подробно описанный в специальной литературе, представляет собой основную технологию производства глинозема, предназначенного для превращения в алюминий путем электролиза расплава. Согласно данному способу, бокситовую руду подвергают горячему выщелачиванию при помощи раствора алюмината натрия нужной концентрации (выщелачивающего раствора), что вызывает растворение глинозема в упомянутом алюминатном растворе и получение пульпы, состоящей из частиц руды, не растворившихся в ходе выщелачивания (невываренный остаток или "красный шлам"), в упомянутом растворе алюмината натрия.

В общем случае пульпу разбавляют и отделяют шлам от алюминатного раствора путем декантации. После отделения от шлама раствор охлаждают до температуры, при которой раствор находится в сильно неравновесном пересыщенном состоянии. На этом этапе раствор называют "пересыщенным раствором". В этот момент вводят частицы тригидрата глинозема с целью вызвать "декомпозицию" пересыщенного раствора, т.е. осаждение глинозема в виде тригидрата глинозема. Наконец, раствор алюмината натрия, обедненный глиноземом вследствие осаждения и называемый "маточным раствором", возвращают в производственный цикл на этап выщелачивания боксита после концентрирования выпаркой и возможного добавления гидроксида натрия.

Хорошо известно, что условия обработки должны быть выбраны с учетом степени гидратации и кристаллографической структуры глинозема, содержащегося в боксите, а также природы и концентрации содержащихся в нем примесей. Бокситы, содержащие глинозем в виде моногидрата (бемит, диаспор) труднее подвергаются выщелачиванию, чем боксит, содержащий глинозем в виде тригидрата, и подвергаются обработке по способу Байера при температуре более 200°С, обычно между 220 и 300°С. Бокситы, содержащие глинозем в виде тригидрата (гиббсит, гидраргиллит) обрабатывают при температуре менее 200°С, обычно между 100 и 170°С. Бокситы, как в виде моногидратов, так и в виде тригидратов, подвергаются выщелачиванию при давлениях, обычно больших атмосферного, причем пульпу, образующуюся в результате смешения размолотой руды и алюминатного раствора, пропускают, например, через последовательность автоклавов или трубчатых теплообменников. Давление, часто упоминаемое в следующем далее тексте, выражается в общепринятых технических единицах, а именно в атмосферах или в барах, соответствующих 100000 паскалей либо 100000 ньютонов на квадратный метр. Кроме того, давление выражается в абсолютных единицах: например, давление в 2 бар соответствует избыточному давлению величиной примерно в 1 бар по отношению к атмосферному, которое в свою очередь составляет примерно 1 бар.

Основными факторами, влияющими на выход выщелачивания боксита, являются температура и концентрация гидроксида натрия или "свободной", т.е. способной растворять глинозем, каустической щелочи. Обычно каустическую щелочь выражают в расчете на Na₂O в качестве основного вещества; концентрацию каустической щелочи задают в граммах Na₂O на литр (г Na₂O/л). С другой стороны, степень насыщения или стабильности растворов характеризуют массовым соотношением:

R_p= концентрация растворенного Al₂O₃ (в г/л) концентрация каустического Na₂O (в г/л)

Данное массовое соотношение Rp, являющееся характеристикой степени насыщения по глинозему, растворенному в растворе цикла Байера, обеспечивает возможность определения степени разложения раствора. Степень разложения определяется как количество глинозема, выделившегося в виде тригидрата глинозема, после декомпозиции пересыщенного раствора, отнесенное к заданному объему пересыщенного раствора. Степень разложения, выражаемую в килограммах глинозема на один кубический метр алюминатного раствора (кг Al₂O₃/м³), вычисляют путем умножения разности значений Rp до и после декомпозиции на концентрацию каустической щелочи в пересыщенном растворе.

Для бокситов, находящихся как в виде моногидратов, так и в виде тригидратов, степень декомпозиции тем выше, чем выше соотношение Rp после выщелачивания. В то же время разбавление и охлаждение пульпы, осуществляемые с целью облегчения разделения жидкой и твердой фаз, и время пребывания раствора в приспособлениях, обеспечивающих возможность ее отделения от нерастворимого осадка (обычно в сгустителях), создают такие условия, при которых риск самопроизвольного разложения тем больше, чем выше Rp. Самопроизвольное разложение представляет собой нежелательное явление, поскольку оно выражается в преждевременном осаждении тригидрата глинозема, который вместо того, чтобы быть извлеченным на этапе декомпозиции, смешивается с нерастворимым осадком и выбрасывается вместе с ним. Таким образом, риск самопроизвольного разложения заставляет ограничить значение Rp, поскольку скорость, с которой может осуществляться разделение между нерастворимым осадком и пересыщенным алюминатным раствором, сильно влияет на выход и производительность способа.

При зарождении глиноземной промышленности отделение нерастворимого осадка осуществлялось путем фильтрации на фильтрах-прессах. Данная технология в настоящее время применяется только в исключительных случаях; предпочтение отдается седиментации, осуществляемой в сгустителях непрерывного действия. В самом деле, отделение нерастворимого осадка декантацией обеспечивает возможность непрерывной обработки больших потоков при низких эксплуатационных расходах. В общем случае декантацию проводят после разбавления и охлаждения пульпы, которую доводят до атмосферного давления. Однако заявителем было создано приспособление, описанное в патенте США US 5407561, обеспечивающее возможность декантирования пульпы, подаваемой под давлением при более высокой температуре. При применении такого приспособления время декантации оказывается ниже, что обеспечивает возможность снижения риска самопроизвольного разложения или, при таком же риске, повышения целевого значения Rp после выщелачивания и повышения степени разложения раствора.

После декантации и перед поступлением на этап декомпозиции пересыщенный раствор, обычно содержащий от 100 до 300 мг/л остаточного сухого вещества, в общем случае подвергают фильтрации, называемой контрольной фильтрацией. Для этого обычно применяют фильтры типа Келли. Подобные фильтры, описанные в патенте Великобритании GB 179355, представляют собой фильтры, предназначенные для оснащения ими емкостей, внутри которых фильтрующие поверхности поддерживаются подвижными конструкциями из металлических рамок. Основной принцип фильтрации состоит в принудительном пропускании жидкости сквозь фильтровальную среду, отверстия которой обеспечивают возможность прохождения жидкости, однако препятствуют прохождению частиц. Согласно оригинальному патенту, прохождение пульпы сквозь фильтровальную среду происходило под простым действием силы тяжести. Однако гидравлическое сопротивление течению жидкости, связанное с наличием не только фильтровальной среды, но и слоя частиц, скопившихся на ней, обычно называемого "пирог", вынуждает поддерживать пульпу под давлением, например, при помощи насосов, потребляющих тем больше энергии, чем выше необходимое давление. Разумеется, необходимым является периодическое удаление "пирога" по достижении им определенной толщины для сохранения приемлемого среднего значения его гидравлического сопротивления.

В первых моделях фильтров Келли удаление "пирога" выполняли путем открывания емкостей и регулярного демонтажа рамок. Были сделаны усовершенствования, например, вертикальное размещение рамок и применение средств, обеспечивающих отслоение "пирога", который в этом случае под собственной тяжестью падает с фильтра на дно емкости, откуда его удаляют. Данные средства могут представлять собой механические средства, например, средства, наносящие удары по фильтровальным поверхностям, либо одно или несколько жидкостных сопел, нарушающих целостность "пирога" в нескольких местах или промывающих его поверхность. Однако предпочтительным является осуществление течения жидкости в противотоке путем направления в обратную сторону, под давлением или под простым действием силы тяжести, части отфильтрованной жидкости, называемой "фильтратом", сквозь фильтровальную среду. В настоящее время для проведения контрольной фильтрации часто применяют приспособления, подобные описанным в европейском патенте ЕР 0226478.

Фильтрационный осадок в общем случае содержит не только частицы нерастворимого осадка, имеющиеся в боксите, но и нерастворимые продукты, в том числе трехзамещенные алюминаты кальция или гидрогранаты, образующиеся по реакции алюминатного раствора с известью, или шестиводный трехзамещенный алюминат кальция, причем последний обычно применяют в качестве фильтрационной добавки и вводят на входе в контрольный фильтр. "Пирог" либо удаляют, либо повторно применяют в цикле Байера, подобно описанному в патенте Франции FR 286078, с целью снижения инкрустации в теплообменниках.

Несмотря на все усовершенствования, уже внесенные в способ Байера, заявитель постоянно уделяет внимание разработке способов получения тригидрата глинозема по Байеру путем выщелачивания боксита, обладающих все более и более высокой производительностью, в особенности отличающихся наивысшей возможной степенью разложения при декомпозиции при наименьшем возможном риске самопроизвольного разложения.

Первым объектом настоящего изобретения является способ получения тригидрата глинозема по Байеру путем выщелачивания боксита, согласно которому бокситовую руду подвергают горячему выщелачиванию при помощи раствора алюмината натрия нужной концентрации (выщелачивающего раствора), что вызывает растворение глинозема в упомянутом растворе алюмината натрия и получение пульпы, содержащей упомянутый раствор, обогащенный растворенным глиноземом, и частицы руды, не растворившиеся в ходе выщелачивания (невываренный остаток или "красный шлам"), причем красный шлам затем отделяют от упомянутого раствора алюмината натрия, обычно путем осаждения, причем упомянутый раствор алюмината приводят в сильно неравновесное состояние пересыщения (пересыщенный раствор), обычно путем охлаждения и разбавления, согласно которому после этапа фильтрации, называемого контрольной фильтрацией и включающего или не включающего в себя добавление по меньшей мере одной фильтрационной добавки, в ходе которого концентрацию нерастворимых частиц в алюминатном растворе доводят до значения, меньшего 10 мг/л, в упомянутый пересыщенный раствор вводят частицы тригидрата глинозема с целью инициирования декомпозиции, т.е. осаждения глинозема в виде тригидрата глинозема, и согласно которому после декомпозиции раствор алюмината натрия, обедненный глиноземом вследствие осаждения ("маточный раствор"), возвращают в производственный цикл на этап выщелачивания боксита после концентрирования, обычно путем выпарки и, возможно, добавления гидроксида натрия, причем упомянутый способ отличается тем, что в ходе упомянутого этапа контрольной фильтрации применяют фильтровальное приспособление, включающее в себя зону, в которой раствор после прохождения сквозь упомянутую фильтровальную среду находится под давлением более 2 бар, предпочтительно более 3 бар. Для способствования прохождения раствора сквозь фильтровальную среду избыточное давление прилагают на входе в упомянутую фильтровальную среду. Согласно данному предпочтительному варианту осуществления, упомянутое фильтровальное приспособление также содержит зону, в которой раствор перед прохождением сквозь фильтровальную среду находится под давлением более 5 бар, предпочтительно более 6 бар, чаще всего примерно 7 бар.

Путем поддержания раствора под давлением на выходе из контрольной фильтрации, что предусмотрено способом по изобретению, становится возможным доведение температуры упомянутого раствора до температуры, большей температуры, обычно применяемой в уровне техники и составляющей примерно 100°С. В зависимости от приложенного давления возможно достижение температуры более 120°С, предпочтительно более 130°С, еще более предпочтительно более 140°С. При таких температуре и давлении равновесное значение Rр для алюминатного раствора выше, чем в уровне техники, при этом степень насыщения упомянутого раствора приближается к нему, вследствие чего при таком же времени пребывания в приспособлении для контрольной фильтрации создает существенно меньший риск самопроизвольного разложения раствора.

Путем поддержания риска самопроизвольного разложения на уровне, сравнимом с уровнем, допустимым по настоящее время, становится возможным применение более высокой степени пересыщения по сравнению с уровнем техники. Предпочтительно применение подходящей фильтрационной добавки, которая благоприятствует уменьшению времени пребывания раствора в фильтровальном приспособлении и создает возможность применения еще более высокой степени насыщения. Фильтрационная добавка, применяемая при контрольной фильтрации, предпочтительно является выбранной среди материалов наподобие извести, трехзамещенных алюминатов кальция либо волластонита. Группа трехзамещенных алюминатов кальция включает в себя:

- некоторые гидрогранаты, представляющие собой гидроксилированные силикаты общей формулы X₃Y₂(SiO₄)_3-x(OH)_4x, в которой Х=Са, Y=Al; в способе Байера принято представлять подобные гидрогранаты следующей общей формулой:

3ХО, Y₂O₃, (6-2k)H₂O, k SiO₂,

в которой Х=Са, Y=Al, k составляет от 0 до 3. Гидрогранат, соответствующий k=0, представляет собой шестиводный трехзамещенный алюминат кальция;

- замещенные гидрогранаты, являющиеся производными предыдущего семейства и полученные, например, путем частичного замещения кальция (до 10 ат.%) или алюминия (до 20 ат.%) на другой металл: кальций может быть замещен на железо (двухвалентный ион), марганец или магний, алюминий может быть замещен на хром или железо (трехвалентный ион).

Заявитель отмечает, что степень пересыщения Rp алюминатного раствора можно довести до значения, большего 1,25, не наблюдая того, что риск несвоевременного осаждения в фильтровальном приспособлении станет непреодолимым. В случае, если возможно поддержание температуры при значении, большем 140°С, чаще всего 140°С-145°С, возможно доведение показателя насыщения Rp до значения, составляющего примерно 1,35 и даже более. Таким образом, применение способа по изобретению обеспечивает возможность достижения существенно, примерно на 10-30%, большей степени разложения при декомпозиции при постоянной концентрации каустической щелочи. В качестве примера концентрация каустической щелочи в растворе алюмината натрия, предназначенного для выщелачивания боксита, богатого глиноземом, находящимся в виде тригидрата, обычно составляет примерно 120-170 г Na₂O/л.

С другой стороны, еще одно преимущество следует из поддержания раствора под давлением на выходе из контрольной фильтрации: как показано выше, оказывается возможной фильтрация раствора при температуре более 120°С, предпочтительно более 130°С, еще более предпочтительно более 140°С, что обеспечивает возможность работы с гораздо менее вязким раствором по сравнению с уровнем техники. Следствием подобного снижения вязкости является значительное повышение скорости фильтрации и снижение гидравлического сопротивления на единицу площади поверхности фильтровальной среды. Тем самым создается возможность уменьшения площади фильтрующей поверхности и даже количества фильтровальных приспособлений на переделе контрольной фильтрации при эквивалентной производительности.

На практике оптимальная температура растворения гидраргиллита составляет примерно 155°С, поэтому повышение температуры до значений, существенно превышающих 160°С, не имеет особого смысла, поскольку подобное потребовало бы приложения перед фильтрацией давления, большего примерно 9 бар. Таким образом, согласно настоящему изобретению, в циклах Байера, предназначенных для обработки бокситов, содержащих в основном глинозем в форме тригидрата, применяют приспособление, включающее в себя зону, в которой раствор перед прохождением сквозь фильтровальную среду находится под давлением, лежащим в интервале между 5 и 9 бар, предпочтительно между 6 и 8 бар, чаще всего примерно 7 бар, и зону, в которой раствор после прохождения сквозь фильтровальную среду находится под давлением, лежащим в интервале между 2 бар и 6 бар, предпочтительно между 3 и 5 бар.

В то же время в случае бокситов, богатых глиноземом, присутствующим в виде моногидрата (бемит, диаспор) верхние пределы давления и температуры, обозначенные выше, могут быть превзойдены.

Однако на практике на температуру накладывается иное ограничение, связанное со стойкостью материала фильтровальной среды, условия работы которой являются особенно жесткими: материал должен обладать не только хорошими механическими свойствами при рабочей температуре, но и должен быть устойчивым к агрессивным щелочным средам. Кроме того, тонкодисперсные твердые частицы быстро засоряют поры фильтровальной среды и препятствуют ее эффективной чистке. Заявителем найдено, что предпочтительной является замена фильтровальной среды, обычно применяемой в уровне техники при контрольной фильтрации, чаще всего перфорированного нетканого полипропиленового полотна, средой, выбранной из полиамидов (ПА), в особенности ароматических полиамидов (арамидов), поливинилиденфторида (ПВДФ), политетрафторэтилена (ПТФЭ) и, что является предпочтительным, полифениленсульфида (ПФС). Подобная среда предпочтительно имеет вид перфорированного нетканого полотна из одного из подобных материалов, которое является хорошо приспособленным к работе в щелочной среде при большой концентрации каустической щелочи, находящейся при высокой температуре.

Для поддержания раствора алюмината натрия при упомянутых выше давлениях в ходе контрольной фильтрации предпочтительным является применение по меньшей мере одного приспособления, включающего в себя емкость, фильтровальную среду и по меньшей мере две зоны, разделенные упомянутой фильтровальной средой, причем раствор перед фильтрацией подается в первую зону и после фильтрации поступает во вторую зону. Упомянутое приспособление также включает в себя средства, предусмотренные для отделения фильтрационного осадка от фильтровальной среды в первой зоне; при этом раствор алюмината натрия продолжает оставаться под давлением более 2 бар.

В уровне техники контрольная фильтрация в общем случае включала в себя несколько фильтров, работающих параллельно, с тем, чтобы один из них мог быть легко быть выведен из контура для удаления фильтрационного осадка и чистки фильтровальной среды (франц. débatissage). Последнее осуществляли при атмосферном давлении. В рамках настоящего изобретения изоляция приспособления для фильтрации из цикла Байера во время очистки фильтра является недостаточной, так как очистка фильтра должна осуществляться под давлением, большим по меньшей мере 2 бар, предпочтительно большим по меньшей мере 3 бар, с тем, чтобы избежать несвоевременного осаждения тригидрата глинозема на фильтровальной среде. В самом деле, подобное осаждение быстро сделало бы детали фильтровального приспособления, находящиеся в соприкосновении с упомянутым раствором, а именно рамки для фильтров, патрубки для входа и выхода раствора, внутренние детали и, самое очевидное, саму фильтровальную среду, непригодными для любого дальнейшего применения.

Для отделения фильтрационного осадка от фильтровальной среды могут быть предусмотрены многие средства, однако все они должны обеспечивать возможность отделения в фильтровальном приспособлении, поддерживаемом под давлением. В таком качестве можно рассматривать:

а) скребок, поступательно или вращательно перемещающийся параллельно поверхности фильтровальной среды и способный либо к периодической работе с учетом толщины образовавшегося "пирога" и возникающего от этого гидравлического сопротивления, либо к непрерывной работе в сочетании с системой непрерывного отсасывания, например, размещенной непосредственно внутри фильтровального приспособления, что предложено в ЕР 0382202;

b) систему, содержащую несколько клапанов, расположенных на патрубках для входа и выхода раствора и обеспечивающих изоляцию фильтровального приспособления по отношению к циклу Байера и по отношению к внешней среде, находящейся при атмосферном давлении; при этом алюминатный раствор, захваченный внутри изолированного контура, подвергают циркуляции с целью осуществления чистки фильтровальной среды. Для этого возможно применение:

b1) либо вспомогательного насоса, который запускают после изоляции фильтровального приспособления с целью всасывания раствора так, чтобы он проходил сквозь упомянутую фильтровальную среду противотоком, либо так, чтобы он подавался на поверхность "пирога" в форме сильно бьющих струй;

b2) либо приспособления для накопления отфильтрованного раствора, размещенного над фильтровальным приспособлением: при изоляции последнего и при отключенном питающем насосе раствор, скопившийся в приспособлении для накопления, под действием силы тяжести выливается на фильтровальную среду и пересекает ее противотоком, отделяет обломки фильтрационного осадка и уносит их за собой. Для реализации данного варианта осуществления может применяться установка, сходная с установкой, описанной в ЕР 0226478, с той разницей, что емкость для удаления обломков "пирога" не должна находиться под атмосферным давлением.

Средства, предусмотренные для удаления фрагментов "пирога", отделенных от фильтровальной среды, могут иметь различную природу. Однако, как при периодическом, так и при непрерывном отделении фрагменты "пирога", отделившиеся от фильтровальной среды и имеющие вид более или менее однородного шлама, до удаления и доведения до атмосферного давления удаляются из фильтровального приспособления путем всасывания в выходной патрубок, один из концов которого соединен с упомянутой первой зоной а второй - с приспособлением для удаления шлама. Упомянутый выходной патрубок предпочтительно снабжен клапаном, обеспечивающим возможность изоляции фильтровального приспособления от приспособления для удаления шлама, образовавшегося из фильтрационного осадка.

Приспособления для удаления шлама, образовавшегося из фильтрационного осадка, могут быть различного рода в зависимости от приспособлений, имеющихся в конкретном цикле Байера. Например, если на входе на передел контрольной фильтрации установлен напорный сгуститель типа описанного в US 5407561, оказывается предпочтительным соединение патрубка для вывода фрагментов фильтрационного осадка с трубопроводом, по которому происходит подача пульпы в напорный сгуститель, либо, что является предпочтительным, с системой удаления красного шлама, расположенной на сливе из упомянутого напорного сгустителя. Однако также является возможным, в особенности в случае, если цикл Байера включает в себя обычные сгустители для осаждения под атмосферным давлением, соединение упомянутого патрубка для вывода шлама, образовавшегося из фильтрационного осадка, в очистной сборник, причем последний может:

- либо время от времени, в моменты, выбранные в зависимости от степени заполнения сборника, отделяться от приспособления для фильтрации; для этого закрывают клапан, расположенный на выходном патрубке, с тем, чтобы временно довести давление в сборнике до атмосферного и затем освободить его от содержимого под действием силы тяжести или шламоудалителя;

- либо находиться в сообщении с приспособлением для удаления шлама, обычно представляющим собой шламоудалитель в виде корпуса, содержащего цилиндрическую полость, в которой периодически или непрерывно вращается червяк или барабан с лопастями, при этом края нарезки червяка или лопасти находятся в тесном контакте со стенкой упомянутой полости; в упомянутом шламоудалителе имеются входная зона, сообщающаяся с упомянутым сборником, и выходная зона, сообщающаяся с внешней средой, кроме того, степень контакта является такой, что, пока корпус шламоудалителя заполнен шламом, прямое сообщение с атмосферой отсутствует, и внутри сборника может постоянно поддерживаться достаточное давление, обычно более 2 бар. Очевидно, что предохранительный клапан также может быть размещен на выходном патрубке с целью предохранения фильтровального приспособления от любого риска сброса давления в сборник.

Таким образом, согласно способу по изобретению, по-прежнему оказывается возможной контрольная фильтрация при помощи нескольких фильтровальных приспособлений, работающих параллельно, при этом одно из них может легко быть выведено из цикла Байера в ходе очистки фильтра, однако упомянутая очистка фильтра должна осуществляться под давлением, большим атмосферного, обычно более 2 бар, предпочтительно 3 бар.

Очевидно, что как первая, так и вторая зоны конструируются в виде корпусов, предназначенных для постоянной работы под давлением. Алюминатный раствор на выходе из фильтрации должен по-прежнему оставаться под давлением более 2 бар, в том числе в ходе отделения и удаления фильтрационного осадка, происходящих в первой зоне. Первая зона соединена с двумя трубопроводами - трубопроводом подачи алюминатного раствора под давлением и патрубком для удаления фильтрационного осадка. Вторая зона соединена с трубопроводом для вывода алюминатного раствора под давлением, на выходе направляемого к приспособлению, служащему для дросселирования, охлаждения и разбавления, предшествующих декомпозиции.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения на входе на передел контрольной фильтрации алюминатный раствор отделяют от красного шлама путем осаждения под давлением. Для этого применяют приспособление для осаждения под давлением (напорный сгуститель), включающий в себя:

- сосуд, имеющий удлиненную цилиндрическую стенку, закрытый верхний торец и коническую нижнюю часть, предназначенную для сбора твердых частиц;

- мешалку, смонтированную так, чтобы она вращалась вдоль внутренней поверхности нижней части;

- разгрузочное приспособление, смонтированное в нижней части и содержащее по меньшей мере одно выходное отверстие и насос для откачки, предназначенный для удаления декантированных твердых частиц в отсутствие потерь давления в аппарате;

- по меньшей мере одно средство измерения, обеспечивающее возможность измерения уровня твердых частиц, достигнутого в аппарате, без существенного возмущения слоя твердых частиц;

- входной патрубок, обеспечивающий возможность подачи входного потока пульпы под давлением, причем выходное отверстие упомянутого входного патрубка находится над уровнем твердых веществ, осадившихся в аппарате.

Упомянутая пульпа предпочтительно подвергается осаждению в напорном сгустителе, подобном описанному выше, и поддерживается в нем при температуре более 120°С, предпочтительно более 130°С, чаще всего при температуре, лежащей между 140°С и 170°С, предпочтительно примерно 160°С; переливной раствор с упомянутого напорного сгустителя направляется, при охлаждении или в его отсутствие, к упомянутому приспособлению для контрольной фильтрации. В соответствии с описанным выше, приспособление для удаления шлама, образовавшегося из фильтрационного осадка, содержит выходной патрубок, который может быть соединен с входным патрубком, обеспечивающей возможность подачи входного потока пульпы под давлением в упомянутый напорный сгуститель, либо, что является предпочтительным, со сливом упомянутого напорного сгустителя или с областью поблизости от слива, причем осадившиеся твердые частицы удаляются при помощи упомянутого разгрузочного приспособления, смонтированного в нижней части напорного сгустителя. Очевидно, что предпочтительным является выбор точки присоединения патрубка для удаления фильтрационного осадка к контуру удаления шлама из напорного сгустителя, соответствующей давлению, немного меньшему давления в первой зоне приспособления для контрольной фильтрации.

Средства, предусмотренные для удаления раствора, вышедшего из фильтра после фильтрации сквозь фильтровальную среду, могут быть различными. Прохождение алюминатного раствора сквозь фильтровальную среду является непрерывным, однако оно может быть временно остановлено в ходе циклов отслоения осадка. После отделения обломки могут извлекаться из фильтровального приспособления и периодически или непрерывно удаляться из контура. Однако как при периодическом, так и при непрерывном удалении раствор, отфильтрованный сквозь фильтровальную среду и в результате содержащий очень небольшое количество твердых частиц, перед удалением и доведением до атмосферного давления удаляется из приспособления для фильтрации путем всасывания в выходной патрубок, один конец которого соединен с упомянутой первой зоной, а второй - с приспособлением для удаления. Упомянутый выходной патрубок предпочтительно снабжен клапаном, который обеспечивает возможность изоляции фильтровального приспособления от приспособления для удаления отфильтрованного раствора. Так же, как и в случае "пирога", отфильтрованный раствор должен выводиться при поддержании давления, большего атмосферного, обычно более 2 бар, предпочтительно 3 бар.

Приспособление для удаления раствора, вышедшего со стадии фильтрации, может быть выполнено различным образом в зависимости от приспособлений, имеющихся в данном цикле Байера. Например, раствор, извлеченный под давлением, может быть охлажден до температуры, меньшей температуры его кипения при атмосферном давлении, обычно до температуры менее 100°С, предпочтительно менее 80°С, например, при помощи жидкостного теплообменника, причем давление в ходе охлаждения остается прежним. Затем осуществляют дросселирование раствора с целью доведения его давления до атмосферного при помощи, например, регулировочного клапана или отверстия, устроенного в стенке трубопровода, в котором циркулирует упомянутый алюминатный раствор.

Также возможно соединение упомянутого патрубка для выхода раствора, полученного после фильтрации, с очистным сборником, причем упомянутый сборник может:

- либо время от времени, в моменты, выбранные в зависимости от степени заполнения сборника, отделяться от фильтровального приспособления; для этого клапан, расположенный на выходном патрубке, закрывают с тем, чтобы временно довести давление в сборнике до атмосферного, и затем освобождают его от содержимого под действием силы тяжести или при помощи шламоудалителя;

- либо сообщаться с приспособлением для удаления шлама, работающим периодически или непрерывно, обычно со шламоудалителем в виде корпуса, содержащего цилиндрическую полость, в которой вращается червяк или барабан с лопастями, причем края нарезки червяка или лопастей находится в тесном контакте со стенкой упомянутой полости, причем в упомянутом шламоудалителе имеются зона входа, сообщающаяся с упомянутым сборником, и зона выхода, сообщающаяся с внешней средой, при этом теснота контакта такова, что, пока корпус очистителя заполнен раствором, прямое сообщение с атмосферой отсутствует и внутри сборника постоянно может поддерживаться достаточное давление, обычно составляющее более 2 бар. Очевидно, что на выходном патрубке с целью предохранения фильтровального приспособления от любого риска сброса давления в сборник также может быть установлен предохранительный клапан.

ПРИМЕРНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ЧЕРТЕЖ)

На чертеже схематически показан улучшенный цикл Байера по изобретению, согласно которому боксит 10 подвергают мокрому размолу (В), в данном случае в присутствии части L2 выщелачивающего раствора L0. Часть L1, представляющая собой наибольшую часть выщелачивающего раствора L0, обычно более 80%, не применяется для мокрого размола боксита. Ее добавляют к пульпе S1, полученной мокрым размолом, с получением пульпы S10, предварительно нагреваемой на переделе С предварительного подогрева. Подогретая подобным образом пульпа S100 подается на передел выщелачивания А. Выщелачивание проводят под давлением при 160°С. Передел выщелачивания состоит из последовательности автоклавов, в которых циркулирует пульпа. По окончании выщелачивания пульпа проходит сквозь теплообменники, которые, например, участвуют в предварительном подогреве пульпы перед выщелачиванием. По окончании выщелачивания возможно наличие дополнительного этапа D1, на котором давление снижают до значения р', большего атмосферного и обычно составляющего примерно 4 атмосфер. Пульпа S2, температуру которой снижают до 145°С, направляется к приспособлению для разделения жидкой и твердой фаз (DP), обычно представляющему собой напорный сгуститель, в котором нерастворимый осадок отделяется от раствора под действием силы тяжести: нерастворимый осадок удаляется в виде красного шлама 20 после прохождения сквозь шламоудалитель 300, в то время как переливной раствор L3, содержащий некоторое количество остаточных частиц (содержание сухих веществ в нем составляет порядка сотни миллиграммов на литр), направляется на фильтрацию F, называемую "фильтрацией красного шлама" или "контрольной фильтрацией". При помощи насоса 200 переливной раствор направляется на контрольную фильтрацию под давлением примерно 6-7 атмосфер. Фильтрат L4 представляет собой пересыщенный раствор алюмината, давление которого снижают до атмосферного на этапе (D2); на данном этапе раствор вначале охлаждают до температуры менее 80°С при помощи жидкостного теплообменника при поддержании давления на уровне примерно 6 бар и затем дросселируют с целью доведения его давления до атмосферного при помощи регулировочного клапана (не показан). Раствор L'4, подвергнутый дросселированию, направляют на этап декомпозиции (DC), на котором его охлаждают с целью осаждения тригидрата глинозема 30.

На выходе с передела декомпозиции (DC) маточный раствор концентрируют путем выпарки (Е) с целью возврата на этап выщелачивания (в гидролитический раствор L0).

В качестве фильтрационной добавки 100 при контрольной фильтрации F применяют шестиводный трехзамещенный алюминат кальция. Пересыщенный раствор поступает с перелива сгустителей и содержит некоторое остаточное количество твердых частиц. Последние в общем случае являются сильно клейкими, поэтому во избежание засорения полотен фильтров применяют фильтрационные добавки, которые модифицируют физико-химическое поведение подобных тонкодисперсных частиц. В общем случае применяют известь или трехзамещенный алюминат кальция, в особенности шестиводный трехзамещенный алюминат кальция. В настоящем примере на вход насоса 200 поступает шестиводный трехзамещенный алюминат кальция 100 в количестве 0,95 г СаО на 1 л раствора.

На этапе контрольной фильтрации F температура алюминатного раствора составляет примерно 140°С с тем, чтобы создавалась возможность фильтрации пересыщенного раствора L'3, степень насыщения Rp которого равна 1,35. В отсутствие приспособления по изобретению контрольная фильтрация может осуществляться только путем доведения давления алюминатного раствора до атмосферного на выходе из фильтра, вследствие чего температура раствора в контрольном фильтре не может превосходить значение, составляющее примерно 105°С, что соответствует температуре кипения раствора при атмосферном давлении. При данной температуре прохождение сквозь контрольный фильтр раствора алюмината, обладающего значением Rp более 1,25, в отсутствие риска сильного осаждения гидрата глинозема на фильтровальной среде является невозможным. Напротив, поддержание раствора под давлением после фильтрации создает возможность его поддержания при температуре, существенно большей 105°С; подобная температура обеспечивает возможность фильтрации раствора с повышенными значениями Rp в отсутствие риска несвоевременного осаждения на фильтровальной среде. Даже если в уровне техники значение Rp для раствора непосредственно после выщелачивания могло повыситься примерно до 1,35, для ограничения риска несвоевременного осаждения существовала необходимость в разбавлении упомянутого раствора до его поступления на контрольную фильтрацию ("разбавление" в данном случае означает снижение Rp путем повышения концентрации каустической щелочи, например, путем добавления выщелачивающего раствора или раствора с более низким значением Rp).

Образовавшийся фильтрационный осадок 111 отделяют от фильтра и удаляют в виде шлама, содержание сухих веществ в котором составляет примерно 500 г/л, в очистной сборник 400. Клапан 410 обеспечивает возможность отделения сборника 400 от фильтровального приспособления F. При заполнении сборника клапан 410, расположенный на выходном патрубке, закрывают с тем, чтобы временно создать в сборнике атмосферное давление, и затем освобождают сборник от содержимого под действием силы тяжести.

Изобретение относится к области химии. Боксит перерабатывают по способу Байера, согласно которому: а) готовят бокситовую руду, b) её выщелачивают, получают пульпу, содержащую раствор, обогащенный растворенным глиноземом, и красный шлам, с) раствор отделяют от красного шлама; d) раствор, обогащенный оксидом алюминия, приводят в сильно неравновесное состояние пересыщения обычно путем охлаждения и разбавления и в него вводят частицы тригидрата глинозема для декомпозиции, т.е. для осаждения глинозема в виде тригидрата глинозема; е) раствор, обедненный оксидом алюминия, подвергают концентрированию, обычно путем выпарки и, возможно, добавления гидроксида натрия для получения концентрированного раствора, который возвращают в производственный цикл на этап b) выщелачивания боксита. Между этапом с) и этапом d) раствор, обогащенный оксидом алюминия, подвергают контрольной фильтрации для того, чтобы на выходе из фильтрации раствор содержал менее 10 мг/л нерастворимых частиц. В ходе этапа контрольной фильтрации применяют фильтровальное приспособление, включающее в себя зону, в которой раствор, обогащенный оксидом алюминия, после прохождения сквозь фильтровальную среду находится под давлением, составляющим более 2 бар, предпочтительно более 3 бар. Изобретение позволяет повысить производительность процесса. 23 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения тригидрата глинозема путем выщелачивания боксита в соответствии с общепринятыми этапами способа Байера, согласно которому:
a) подготавливают бокситовую руду (10);
b) упомянутую руду подвергают горячему выщелачиванию (А) при помощи раствора алюмината натрия нужной концентрации, что вызывает растворение глинозема в упомянутом растворе алюмината натрия и получение пульпы (S2), содержащей раствор, обогащенный растворенным глиноземом (оксидом алюминия), и красный шлам, образованный частицами руды, не растворившимися в ходе выщелачивания;
c) упомянутый раствор, обогащенный оксидом алюминия, отделяют от упомянутого красного шлама, обычно путем декантации;
d) упомянутый раствор, обогащенный оксидом алюминия, приводят в сильно неравновесное состояние пересыщения для образования пересыщенного раствора, обычно путем охлаждения и разбавления;
e) в упомянутый пересыщенный раствор вводят частицы тригидрата глинозема с целью инициирования декомпозиции (DC), т.е. осаждения глинозема в виде тригидрата глинозема, для получения раствора, обедненного растворенным оксидом алюминия вследствие осаждения;
f) после декомпозиции раствор, обедненный оксидом алюминия, подвергают концентрированию, обычно путем выпарки (Е) и, возможно, добавления гидроксида натрия для получения концентрированного раствора;
g) упомянутый концентрированный раствор возвращают в производственный цикл на этап b) выщелачивания боксита,
причем в ходе осуществления данного способа между этапом с) и этапом d) раствор (L'3), обогащенный растворенным оксидом алюминия, подвергают фильтрации (F), называемой контрольной фильтрацией, с тем, чтобы на выходе из фильтрации раствор содержал менее 10 мг/л нерастворимых частиц,
отличающийся тем, что в ходе упомянутого этапа контрольной фильтрации применяют фильтровальное приспособление, включающее в себя зону, в которой раствор, обогащенный растворенным оксидом алюминия, после прохождения сквозь фильтровальную среду находится под давлением, составляющим более 2 бар, предпочтительно более 3 бар.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое фильтровальное приспособление также содержит зону, в которой раствор, обогащенный растворенным оксидом алюминия, перед прохождением сквозь фильтровальную среду находится под давлением, составляющим более 5 бар, предпочтительно более 6 бар, чаще всего примерно 7 бар.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в ходе упомянутой контрольной фильтрации алюминатный раствор, обогащенный растворенным оксидом алюминия, находится при температуре более 120°С, предпочтительно более 130°С, еще более предпочтительно более 140°С.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором в ходе упомянутой контрольной фильтрации на входе в упомянутое фильтровальное приспособление в раствор (L3), обогащенный растворенным оксидом алюминия, вводят фильтрационную добавку (100).

5. Способ по п.4, в котором упомянутая фильтрационная добавка является выбранной из группы, включающей в себя известь, тризамещенные алюминаты кальция и волластонит.

6. Способ по п.3, в котором фильтровальное приспособление включает в себя зону, в которой раствор, обогащенный растворенным оксидом алюминия, перед прохождением сквозь фильтровальную среду находится под давлением, лежащим в интервале между 5 и 9 бар, предпочтительно между 6 и 8 бар, и зону, в которой раствор, обогащенный растворенным оксидом алюминия, после прохождения сквозь упомянутую фильтровальную среду находится под давлением, лежащим в интервале между 2 и 6 бар, предпочтительно между 3 и 5 бар.

7. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором фильтровальная среда фильтровального приспособления изготовлена из материала, выбранного из полиамидов (ПА), в особенности ароматических полиамидов, поливинилиденфторида (ПВДФ), политетрафторэтилена (ПТФЭ) и, что является предпочтительным, полифениленсульфида (ПФС).

8. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором в ходе упомянутой контрольной фильтрации применяют по меньшей мере одно фильтровальное приспособление, включающее в себя емкость, фильтровальную среду и по меньшей мере две зоны, разделенные упомянутой фильтровальной средой, причем раствор, обогащенный растворенным оксидом алюминия, перед фильтрацией подается в первую зону и после фильтрации фильтрованный раствор поступает во вторую зону и причем упомянутое приспособление также включает в себя средства для отделения фильтрационного осадка от фильтровальной среды, расположенные в первой зоне, при этом раствор, обогащенный растворенным оксидом алюминия, продолжает поддерживаться под давлением, составляющим более 2 бар, предпочтительно более 3 бар.

9. Способ по п.8, в котором упомянутые средства, предусмотренные для отделения фильтрационного осадка от фильтровальной среды, включают в себя скребок, поступательно или вращательно перемещающийся параллельно поверхности фильтровальной среды и способный либо к периодической работе с учетом толщины осадка, либо к непрерывной работе в соединении с системой непрерывного всасывания.

10. Способ по п.8, в котором упомянутые средства, предусмотренные для отделения фильтрационного осадка от фильтровальной среды, включают в себя систему, содержащую несколько клапанов, расположенных на патрубках для входа и выхода раствора, обогащенного растворенным оксидом алюминия, и обеспечивающих возможность изоляции фильтровального приспособления по отношению к циклу Байера и по отношению к внешней среде, находящейся при атмосферном давлении, при этом алюминатный раствор, захваченный в изолированной части контура, приводится в состояние циркуляции с целью осуществления чистки фильтровальной среды.

11. Способ по п.10, в котором упомянутый захваченный раствор алюмината приводится в состояние циркуляции при помощи вспомогательного насоса, который приводят в действие поле изоляции фильтровального приспособления с целью приведения упомянутого захваченного раствора алюмината в движение так, чтобы он проходил сквозь упомянутую фильтровальную среду в обратном направлении, либо с целью его подачи на поверхность осадка.

12. Способ по п.10, в котором отфильтрованный раствор поступает в накопительное приспособление, расположенное над фильтровальным приспособлением, с целью выливания раствора, накопленного в упомянутом накопительном приспособлении, на фильтровальную среду при изоляции фильтровального приспособления и при отключенном питающем насосе, ее пересечения им в противотоке, отделения обломков фильтрационного осадка и их уноса.

13. Способ по п.8, в котором фрагменты осадка, отделенные от фильтровальной среды, извлекают из фильтровального приспособления и удаляют через выходной патрубок, один конец которого соединен с упомянутой первой зоной, а второй конец - с приспособлением (400) для удаления шлама (111), образовавшегося из упомянутого осадка.

14. Способ по п.13, в котором упомянутый выходной патрубок снабжен клапаном (410), обеспечивающим возможность изоляции упомянутого фильтровального приспособления от приспособления (400) для удаления шлама, образовавшегося из фильтрационного осадка.

15. Способ по п.14, в котором упомянутое приспособление для удаления шлама, образовавшегося из упомянутого фильтрационного осадка, включает в себя очистной сборник, причем упомянутый сборник время от времени, в моменты, выбранные в зависимости от степени заполнения упомянутого сборника, может быть отделен от упомянутого фильтровального приспособления путем закрытия упомянутого клапана, находящегося на выходном патрубке, с целью временного доведения давления в сборнике до атмосферного с последующим его освобождением от содержимого под действием силы тяжести или при помощи шламоудалителя.

16. Способ по п.13, в котором упомянутое приспособление для удаления шлама, образовавшегося из фильтрационного осадка, включает в себя очистной сборник, сообщающийся с приспособлением для удаления шлама, работающим периодически или непрерывно, обычно со шламоудалителем, имеющим входную зону, сообщающуюся с упомянутым сборником, и выходную зону, сообщающуюся с внешней средой, причем степень герметичности внутри упомянутого шламоудалителя такова, что при заполнении его шламом непосредственное сообщение с атмосферой отсутствует, и внутри упомянутого очистного сборника может постоянно поддерживаться достаточное давление, обычно более 2 бар, предпочтительно более 3 бар.

17. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором на этапе с) упомянутый раствор, обогащенный растворенным оксидом алюминия, отделяют от красного шлама путем осаждения под давлением (DP) в напорном сгустителе.

18. Способ по п.17, в котором напорный сгуститель включает в себя:
- сосуд, имеющий удлиненную цилиндрическую стенку, закрытый верхний конец и коническую нижнюю часть, предназначенную для сбора твердых частиц;
- мешалку, смонтированную так, чтобы она вращалась вдоль нижней поверхности нижней части;
- разгрузочное приспособление, смонтированное под нижней частью и включающее в себя по меньшей мере одно отверстие и насос для откачки, предназначенный для удаления осадившихся твердых частиц в отсутствие потерь давления в аппарате;
- по меньшей мере одно средство измерения, предназначенное для измерения уровня твердых частиц, достигнутого в аппарате, в отсутствие существенного возмущения слоя твердых частиц;
- входной патрубок, обеспечивающий возможность поступления входного потока пульпы под давлением, причем в упомянутом входном патрубке имеется отверстие, находящееся выше уровня твердых веществ, осадившихся в аппарате.

19. Способ по п.17, в котором пульпу подвергают осаждению в приспособлении для осаждения под давлением при температуре более 120°С, предпочтительно более 130°С, чаще всего при температуре, лежащей в интервале между 140°С и 170°С, предпочтительно около 160°С, и в котором слив из упомянутого напорного сгустителя направляют в упомянутое фильтровальное приспособление.

20. Способ по п.13, в котором в ходе этапа с) упомянутый раствор, обогащенный растворенным оксидом алюминия, отделяют от красного шлама путем осаждения под давлением (DP) в напорном сгустителе, при этом упомянутое приспособление для удаления шлама, образовавшегося из фильтрационного осадка, включает в себя выходной патрубок, связанный с входным патрубком, при этом упомянутый напорный сгуститель обеспечивает возможность поступления входного потока пульпы под давлением в упомянутый напорный сгуститель.

21. Способ по п.13, в котором в ходе этапа с) упомянутый раствор, обогащенный растворенным оксидом алюминия, отделяют от красного шлама путем осаждения под давлением (DP) в напорном сгустителе, при этом упомянутое приспособление для удаления шлама, образовавшегося из фильтрационного осадка, включает в себя выходной патрубок, связанный с контуром удаления шлама из упомянутого напорного сгустителя, причем удаление осадившихся твердых частиц происходит при помощи упомянутого насоса для откачки из упомянутого напорного сгустителя и причем точку соединения с упомянутым контуром удаления шлама выбирают так, чтобы давление на данном уровне составляло немного меньше давления в первой зоне фильтровального приспособления.

22. Способ по п.8, в котором раствор, прошедший фильтрацию, перед удалением и доведением до атмосферного давления извлекают из фильтровального приспособления путем всасывания в выходной патрубок, один конец которого соединен с упомянутой первой зоной, а второй - с приспособлением для удаления.

23. Способ по п.22, в котором упомянутый выходной патрубок снабжен клапаном, обеспечивающим возможность изоляции фильтровального приспособления от приспособления для удаления отфильтрованного раствора.

24. Способ по п.22, в котором отфильтрованный раствор на выходе из фильтровального приспособления охлаждают при сохранении давления до температуры, меньшей температуры его кипения при атмосферном давлении, предпочтительно до температуры менее 80°С, обычно при помощи жидкостного теплообменника, и затем осуществляют дросселирование упомянутого раствора алюмината до достижения атмосферного давления при помощи, например, регулировочного клапана или отверстия, устроенного в стенке трубопровода, в котором циркулирует упомянутый раствор алюмината.